Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Drei Magnetzustände pro Loch

03.02.2017

Magnetische Lochgitter im Nanometer-Maßstab könnten neue Wege für die Computertechnik eröffnen. So haben Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) gemeinsam mit internationalen Kollegen gezeigt, wie sich ein solches Gitter aus Metall bei Raumtemperatur zuverlässig programmieren lässt. Sie fanden zudem heraus, dass bei jedem Loch („Antidot“) drei magnetische Zustände einstellbar sind. Die Ergebnisse sind jetzt in der Fachzeitschrift „Scientific Reports“ erschienen.

Für die Programmierung der magnetischen Eigenschaften in einer dünnen Schicht aus dem Metall Kobalt entwarf der Physiker Dr. Rantej Bali vom HZDR zusammen mit Wissenschaftlern aus Singapur und Australien eine spezielle Gitterstruktur. Diese stellten seine Kollegen von der National University in Singapur in einem photolithographischen Prozess her, wie er auch in heutigen Chipfabriken benutzt wird.


Die spezielle Anordnung von vier Löchern in einer Schicht aus Kobalt erlaubt bereits 15 unterschiedliche Typen von Zahlenkombinationen für die Programmierung, wie Forscher am HZDR berechnet haben.

HZDR

Im Ergebnis entstanden jeweils etwa 250 Nanometer (Millionstel Millimeter) große Löcher, sogenannte Antidots, die sich in regelmäßigen Abständen – mit jeweils 150 Nanometer breiten Zwischenräumen – in der Schicht anordneten. Dabei achteten die Spezialisten aus Singapur gemäß den Entwürfen aus Dresden darauf, dass das Metall-Netz ungefähr 50 Nanometer dünn ist, damit es stabil programmierbar wird.

In diesen besonderen Abmessungen zeigte das Antidot-Gitter aus Kobalt interessante Eigenschaften: Das Team um Dr. Bali fand heraus, dass sich mit Hilfe eines von außen angelegten, magnetischen Feldes drei verschiedene magnetische Zustände um jedes Loch herum einstellen lassen. Die Wissenschaftler nennen diese Zustände „G“, „C“ und „Q“. „Die Antidots sind jetzt weltweit sehr populär in der Forschergemeinde.

Durch die Optimierung der Antidot-Geometrie konnten wir zeigen, dass sich die Spins, also die magnetischen Momente der Elektronen, rund um die Löcher zuverlässig programmieren lassen“, so Dr. Bali. „Unterstützung haben wir dabei auch von meinen ehemaligen Kollegen der University of Western Australia erhalten.“

Bausteine für zukünftige Logik

Da die einzelnen programmierbaren Löcher in einer magnetischen Metallschicht liegen, hat die Gitter-Geometrie das Potenzial für Computer, die mit Spinwellen statt mit elektrischem Strom arbeiten. „Spinwellen kann man sich ähnlich wie La-Ola-Wellen in einem Fußballstadion vorstellen.

Die Welle pflanzt sich zwar durch das Stadion fort, die einzelnen Zuschauer, in unserem Fall die Elektronen, aber bleiben auf ihren Sitzplätzen“, erläutert Dr. Bali. Solche Spinwellen-Logikchips dürften weit weniger Strom verbrauchen als heutige Prozessoren, da keine elektrischen Ströme fließen müssen.

Außerdem kann in dem Lochgitter eine Vielzahl von Zuständen realisiert werden, wodurch den Spinwellen bestimmte Richtungen vorgeschrieben werden können. Damit ließe sich auch eine höhere Verarbeitungsgeschwindigkeit in zukünftigen Logikchips realisieren.

„Unsere Lochgitter könnten auch Bausteine für künftige Schaltkreise sein, die mit Spinwellen-Logik arbeiten“, schätzt Dr. Bali ein. Welche Dynamik die Spinwellen in solchen Lochgittern entwickeln, will nun der Physikdoktorand Tobias Schneider näher untersuchen. Er beteiligt sich unter anderem an der Entwicklung spezieller Computer-Programme, mit denen die komplexe Berechnung der Magnetzustände in einem Lochgitter möglich wird.

Publikation:
T. Schneider, R. Bali u. a.: „Programmability of Co-antidot Lattices of Optimized Geometry“, Scientific Reports Nr. 7, Artikelnr. 41157 (2017), DOI: 10.1038/srep41157.

Weitere Informationen:
Dr. Rantej Bali | Tobias Schneider
Tel. +49 351 260-2919 | -2689
E-Mail: r.bali@hzdr.de | t.schneider@hzdr.de

Medienkontakt:
Christine Bohnet | Pressesprecherin und Leitung HZDR-Kommunikation
Tel. +49 351 260-2450 oder +49 160 969 288 56 | E-Mail: c.bohnet@hzdr.de
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf | Bautzner Landstr. 400 | 01328 Dresden

Das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) forscht auf den Gebieten Energie, Gesundheit und Materie. Folgende Fragestellungen stehen hierbei im Fokus:
• Wie nutzt man Energie und Ressourcen effizient, sicher und nachhaltig?
• Wie können Krebserkrankungen besser visualisiert, charakterisiert und wirksam behandelt werden?
• Wie verhalten sich Materie und Materialien unter dem Einfluss hoher Felder und in kleinsten Dimensionen?
Zur Beantwortung dieser wissenschaftlichen Fragen betreibt das HZDR große Infrastrukturen, die auch von externen Messgästen genutzt werden: Ionenstrahlzentrum, Hochfeld-Magnetlabor Dresden und ELBE-Zentrum für Hochleistungs-Strahlenquellen.
Das HZDR ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, der größten Wissenschaftsorganisation Deutschlands. Es hat fünf Standorte (Dresden, Grenoble, Freiberg, Leipzig, Schenefeld) und beschäftigt rund 1.100 Mitarbeiter – davon etwa 500 Wissenschaftler inklusive 150 Doktoranden.

Weitere Informationen:

https://www.hzdr.de/presse/antidots

Dr. Christine Bohnet | Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

Weitere Berichte zu: Elektronen Gitterstruktur HZDR Helmholtz-Zentrum Kobalt Materie Nanometer Spinwellen

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht VLT macht den präzisesten Test von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie außerhalb der Milchstraße
22.06.2018 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

nachricht Neue Phänomene im magnetischen Nanokosmos
22.06.2018 | Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics